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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/94| Efecto de las condiciones ambientales y adición de consumidores de oxígeno sobre el crecimiento y la producción de hidrógeno en cultivos de clorofíceas Effects of environmental conditions and addition of reducing agents on the growth and hydrogen production in the culture of Chlorophyceae | |
| LUIS ALBERTO MARQUEZ REYES | |
| M. DEL PILAR SANCHEZ SAAVEDRA | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Agentes reductores Hidrógeno Microalga | |
| Las microalgas clorofíceas son capaces de producir hidrógeno (H2) vía biofotólisis, la cual debe ocurrir en un ambiente anaerobio debido a la sensibilidad al oxígeno (O2) de la enzima Fe-hidrogenasa encargada de producir H2. El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de las condiciones ambientales y remoción del O2 fotosintético sobre crecimiento y producción de hidrógeno en cultivos de microalgas. Se realizó: A) la bioprospección de 5 especies de clorofíceas: Chlamydomonas gloeopara, C. mexicana, C. reinhardtii, Chlorella vulgaris y Scenedesmus obliquus como posibles productoras de H2 utilizando el protocolo de privación de azufre bajo condiciones autotróficas y heterotróficas; B) se estudió el efecto de la irradiancia (100 y 400 µE/m2/s), temperatura (20, 25 y 30°C) y fuente de carbono (ácido acético y sacarosa) sobre el crecimiento y la producción de H2; y C) se estudió el efecto de agentes reductores (ácido ascórbico, cisteína, sulfito de sodio e hidroquinona) sobre la concentración de O2 fotosintético, crecimiento y producción de H2 en cultivos provistos de azufre. Los resultaron de la bioprospección mostraron que en general la mayor producción de H2 se obtuvo bajo condiciones heterotróficas por las especies: S. obliquus (74 mL H2/L) > C. mexicana (62 mL H2/L) > C. gloeopara > (30 mL H2/L) > C. reinhardtii (26 mL H2/L). De aquí que los ensayos consecutivos se realizaron con S. obliquus y C. gloeopara. Se encontró que la irradiancia, pero no la temperatura tuvo un efecto positivo sobre el crecimiento y la producción de H2 (p < 0.05). La mayor producción de H2 en C. gloeopara y S. obliquus se presentó en el tratamiento a 25 °C - 100 µE/m2/s con 73 mL de H2/L y 54 mL de H2/L, respectivamente. La fuente de carbono influyó sobre el crecimiento y la producción H2 (p<0.05). Sólo se logró producir H2 en los tratamientos con ácido acético, C. gloeopara con 48 mL/L y S. obliquus con 46 mL/L. Del ensayo con los agentes reductores, la cisteína fue el único compuesto que no inhibió el crecimiento de las clorofíceas, e incluso lo estimuló, y fue posible mantener niveles menores a 125 pmol y 3.73 pmol de O2 fotosintético durante 192 h para C. gloeopara y S. obliquus, respectivamente. La producción de H2 con cisteína fue 4 veces mayor que bajo el protocolo de privación azufre. Estos resultados demuestran por primera ocasión que la fotosíntesis oxigénica y la producción anaerobia de H2 fueron conciliadas por más de 40 h mediante la captura del O2 con cisteína. H2 production in microalgae via photolysis takes place only under anaerobic conditions because the Fehydrogenase - enzyme responsible for H2 production - is sensitive to the oxygen (O2). The objective of this research was to study the effects of environmental conditions and removal of the photosynthetic O2 on the growth and H2 production in microalgal cultures. To this end, the research was divided into three phases: A) bioprospection of five species as H2 producers: Chlamydomonas gloeopara, Chlamydomonas mexicana, Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella vulgaris and Scenedesmus obliquus cultured under sulfur deprivation and autotrophic and heterotrophic conditions; B) determination of the effects of the irradiance (100 and 400 µE/m2/s), temperature (20, 25 and 30°C) and source of carbon (acetic acid and sucrose) on the growth and H2 production; and C) determination of the effects of reducing agents (ascorbic acid, cysteine, sodium sulfite and hydroquinone) on the concentration of photosynthetic O2, growth and H2 production in cultures provided with sulfur salts. The results of bioprospection show that the highest H2 productions were obtained under heterotrophic conditions: S. obliquus (74 mL H2/L) > C. mexicana (62 mL H2/L) > C. gloeopara > (30 mL H2/L) > C. reinhardtii (26 mL H2/L). Based on these results, S. obliquus and C. gloeopara were selected to perform the following tests. The irradiance - but not temperature - has a positive effect on the growth and H2 production (p < 0.05). The highest H2 production for C. gloeopara and S. obliquus was observed at 25°C - 100 µE/m2/s with 73 mL H2/L and 54 mL H2/L, respectively. The source of carbon has a significant effect on the growth and H2 production (p<0.05): only treatments with acetic acid produced H2, 48 mL H2/L for C. gloeopara and 46 mL H2/L for S. obliquus. From the reducing agents tested, only cysteine did not inhibit the growth, actually stimulated it, and the photosynthetic O2 was kept below 125 pmol and 3.73 pmol during 192 h for C. gloeopara and S. obliquus, respectively. In the cysteine treatments, H2 production was four times higher than the treatments under sulfur deprivation. These results demonstrated that the oxygenic photosynthesis and anaerobic H2 production were conciliated for more than 40 h by capturing the photosynthetic O2 as quickly as it is evolved. This study presents a novel approach to produce H2 for microalgal cultures by sequestering O2 with reducing agents or O2-consuming bacter | |
| Cicese | |
| 2016 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Investigadores | |
| Márquez-Reyes, L.A. 2016. Efecto de las condiciones ambientales y la adición de consumidores de oxígeno sobre el crecimiento y la producción de hidrógeno en cultivos de clorofíceas. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 131 pp. | |
| OTRAS | |
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